Bu çalışmada, fulvik asit içeren sularda UV ve UV/H2O2 dezenfeksiyonu proseslerinin Bacillus Subtilis sporları giderimine etkisi araştırılmıştır.
Bacillus Subtilis sporları ve 6 ve 10 mg ÇOK/L konsantrasyonlarında fulvik asit içeren ve fulvik asit içermeyen sulara, 6 farklı UV dozu uygulanarak elde edilen B.Subtilis spor sayıları ve UV absorbansı, pH ve sıcaklık değerleri Ek-1’de verilmiştir.
Bacillus Subtilis sporları ve 6 ve 10 mg ÇOK/L konsantrasyonlarında fulvik asit içeren ve fulvik asit içermeyen sulara, 6 farklı UV dozu ve 5 mg/L konsantrasyonunda H2O2 uygulanarak elde edilen B.Subtilis spor sayıları ve UV absorbansı, pH ve sıcaklık değerleri Ek-2’de verilmiştir.
Yüzeysel sulardaki birçok çözünmüş veya askıda katı maddeler, mikroorganizmaları koruyarak veya UV ışınlarını absorbe ederek dezenfeksiyonu olumsuz etkiler. Yüzeysel sulardaki en önemli UV absorplayıcıları humik ve fulvik asitlerdir. UV ışınının bu maddelerce absorbe edilmesiyle mikroorganizmalara ulaşan ışık azalır ve buna bağlı olarak dezenfeksiyon verimi düşer.
Mikroorganizmaları inaktive etmek için gerekli olan UV miktarı suyun UV transmisyonuna bağlıdır. UV transmisyonu mikroorganizmalara ulaşan UV ışınının yüzde olarak ifadesidir. UV transmisyonu düşük olan suda, mikroorganizmalara ulaşan UV ışını miktarı da az olmaktadır. UV transmisyonu, 254 nm’deki UV absorbansı değerinden hesaplanabilir. Bu çalışmada, suya fulvik asit ilave edilmesiyle elde edilen UV transmisyonu değerleri, 6 mg ÇOK/L için % 73-75 ve 10 mg ÇOK/L için % 60-62 aralığında değişmektedir. Bu sonuçlardan açıkça görülmektedir ki, sudaki humik madde konsantrasyonu arttıkça, ışık geçirgenliği azalmaktadır.
6 ve 10 mg ÇOK/L fulvik asit içeren su örneklerine, 6 farklı dozda UV radyasyonu uygulanmasıyla elde edilen logaritmik spor inaktivasyonu değerleri Şekil 4.1’de; 6 ve
10 mg/L H2O2 uygulanmasıyla elde edilen logaritmik spor inaktivasyonu değerleri Şekil 4.2, Şekil 4.3 ve Şekil 4.4’te verilmiştir.
Bu şekillerden açıkça görülebileceği gibi, fulvik asit içeren ve içermeyen suların UV ve UV/H2O2 ile dezenfeksiyonunda UV radyasyonundaki artışla birlikte spor giderimi de artmaktadır.
0
3,68 7,28 10,92 14,52 18,12 21,76
UV Dozu (mWs/cm2)
Logaritmik bakteri giderimi
0 mg ÇOK/L FA 6 mg ÇOK/L FA 10 mg ÇOK/L FA
3,68 7,28 10,92 14,52 18,12 21,76
UV Dozu (mWs/cm2)
Logaritmik bakteri giderimi
H2O2: 2 mg/L,FA:0 mg ÇOK/L H2O2: 2 mg/L,FA:6 mg ÇOK/L H2O2: 2 mg/L,FA:10 mg ÇOK/L
Şekil 4.2. Fulvik asit içeren sularda UV/2 mg/L H2O2 dezenfeksiyonu ile elde edilen bakteri giderimleri
0
3,68 7,28 10,92 14,52 18,12 21,76
UV Dozu (mWs/cm2)
Logaritmik bakteri giderim
H2O2: 5 mg/L,FA:0 mg ÇOK/L H2O2: 5 mg/L,FA:6 mg ÇOK/L H2O2: 5 mg/L,FA:10 mg ÇOK/L Şekil 4.3. Fulvik asit içeren sularda UV/5 mg/L H2O2 dezenfeksiyonu ile elde edilen
3,68 7,28 10,92 14,52 18,12 21,76
UV Dozu (mWs/cm2)
logaritmik bakteri giderimi
H2O2: 10 mg/L,FA:0 mg ÇOK/L H2O2: 10 mg/L,FA:6 mg ÇOK/L H2O2: 10 mg/L,FA:10 mg ÇOK/L Şekil 4.4. Fulvik asit içeren sularda UV/10 mg/L H2O2 dezenfeksiyonu ile elde edilen bakteri giderimleri
İnaktivasyon katsayısı (k), iki tekrarlı gerçekleştirilen deneylerin sonuçları kullanılarak, modifiye edilmiş Chick-Watson (Hassen ve ark. 2000) Model’ine göre hesaplanmıştır (Şekil 4.5 – 4.6 – 4.7 ve 4.8). Fülvik asitler için hesaplanan k değerleri Çizelge 4.1’de verilmiştir. UV dezenfeksiyonu sonuçlarına göre inaktivasyon katsayısı (k), hümik karakterde olmayan suda en büyük değerdedir. Fakat hümik maddelerin konsantrasyonunun artmasıyla birlikte k değeri de azalmaya başlamıştır. Ancak, aynı durum UV/H2O2 dezenfeksiyonu uygulamalarında geçerli değildir. Fulvik asitin hidrojen peroksit konsantrasyonu ne olursa olsun etkisini gösteremediği gözlenmiştir.
UV/H2O2 kullanılması ile oluşan hidroksil radikalleri fulvik asiti ayrıştırmakta ve UV ışınını absorplayıcı etkisini azaltmaktadır.
Şekil 4.5, 4.6, 4.7 ve 4.8’de verilen grafiklerde görüldüğü gibi, 3,68 mWs/cm2’lik UV dozundan 7,68 mWs/cm2 UV dozuna geçişte daha hızlı inaktivasyon gerçekleşmekte ve grafiklerde bir sarkma gözlenmektedir. Mamane-Gravetz ve Linden (2004) bu durumu iki faktöre bağlamışlardır:
- Kullanılan sporların laboratuar kültürü veya doğal kültür olmasına - Kültürün hazırlanma şartlarına
Yaptıkları çalışmada, 60 mJ/cm2 UV dozunun doğal sporlarda 1-log giderim sağladığını, laboratuar kültüründe ise aynı dozun 3,5-log giderim gerçekleştirdiğini ve doğal kültürün UV’ye daha dirençli olduğunu bildirmişlerdir.
y = -0,8246x
Şekil 4.5. Fulvik asit içeren sularda UV dezenfeksiyonu sonrasında Chick-Watson Modeline göre hesaplanan inaktivasyon katsayıları
k = 0,825
k = 0,787
k = 0,719
FA:0 mg ÇOK/L; H2O2: 2 mg/L
Şekil 4.6. Fulvik asit içeren sularda UV/2 mg/L H2O2 dezenfeksiyonu sonrasında Chick-Watson Modeline göre hesaplanan inaktivasyon katsayıları
k = 0,806
k = 0,802
k = 0,787
y = -0,8367x
Şekil 4.7. Fulvik asit içeren sularda UV/5 mg/L H2O2 dezenfeksiyonu sonrasında Chick-Watson Modeline göre hesaplanan inaktivasyon katsayıları
k = 0,837
k = 0,811
k = 0,815
FA:0 mg ÇOK/L; H2O2: 10 mg/L
FA:10 mg ÇOK/L; H2O2: 10 mg/L
y = -0,8215x Chick-Watson Modeline göre hesaplanan inaktivasyon katsayıları
k = 0,828
k = 0,780
k = 0,822
UV Dezenfeksiyonu
Şekil 4.9 ve 4.10’da UV ve UV/H2O2 dezenfeksiyonu ile elde edilen k inaktivasyon katsayılarının birbiri ile karşılaştırılması görülmektedir. UV dezenfeksiyonunun Bacillus Subtilis sporlarını gidermede etkili oldukları görülmüştür. k inaktivasyon katsayıları karşılaştırıldığında, fulvik asit konsantrasyonu arttıkça, k değerlerinde düşüş belirlenmiştir. Bu durum, hümik maddelerin, UV ışığını absorbe etmeleri nedeniyle, UV dezenfeksiyonu verimini belirli ölçüde azalttığını ortaya koymaktadır.
Fulvik asit içermeyen sularda, UV/H2O2 dezenfeksiyonu ile elde edilen k katsayılarının, UV dezenfeksiyonu ile elde edilenlerden farklı olmadığı söylenebilir. Bu durum, hidroksil radikallerinin spor kılıfını geçememesinden kaynaklanmaktadır.
Hidroksil radikallerinin etkisini gösterememesinden dolayı, sadece UV ışığı ile
dezenfeksiyon gerçekleşmiş ve k katsayılarında fark ortaya çıkmamıştır. Ayrıca, fulvik asit içeren su örneklerinde, fulvik asitin etkisini ortaya çıkaramadığı gözlenmiştir.
0,7871
Şekil 4.9. Farklı konsantrasyonlarda fulvik asit içeren suların UV dezenfeksiyonu sonrasında bulunan inaktivasyon katsayılarının karşılaştırılması
0,8059 0,8016 0,7871
dezenfeksiyonu sonrasında bulunan inaktivasyon katsayılarının karşılaştırılması
protein peroksit gruplarına sahip olurlar. Bu gruplar, hidroksil radikali ile temas esnasında anında oluşurlar ve hücresel savunma mekanizmaları protein oksidasyonunu önlemede yetersiz kalır. DNA ve lipidlerden önce, bu protein grupları radikallerin hedefidir. Yani hücrede reaktif oksijen türleri tarafından gerçekleştirilen DNA ve lipid oksidasyonu ikincil bir olay haline gelip, protein oksidasyonundan sonra gerçekleşir.
Riesenmann ve Nicholson’a (2000) göre, sporlar kılıf olarak adlandırılan protein tabakasına sahiptirler ve pek çok fiziksel ve kimyasal ajana olan dirençlerini bu tabakaya borçludurlar. Spor kılıfı, ya hidrojen peroksit için bir bariyer görevi görür ve hedef bölgelere ulaşmasını engeller ya da hidrojen peroksit, kılıf yapısındaki proteinler ile reaksiyona girer ve etkili konsantrasyonu, hedef bölgelere ulaşamadan azalır. UV-C ışını uygulanan sporların gösterdiği dirençte kılıfın bir fonksiyonu yoktur. Bu çalışmada, hidroksil radikallerinin bahsedilen nedenlerle etkisini göstermediği, UV/H2O2 prosesinde sadece UV’nin etkisinin görüldüğü ve bu nedenle inaktivasyon katsayılarının büyük bir değişiklik göstermediği söylenebilir.
Mamane ve ark. (2007), yaptıkları çalışmada, H2O2, UV > 295 nm ve UV/H2O2 proseslerinin E.Coli, B.Subtilis sporları ve MS2,T4,T7 fajları üzerindeki etkilerini incelemişlerdir. Bu üç prosesin ve hidroksil radikallerinin spor inaktivasyonu üzerinde hiçbir etkisinin olmadığını görmüşlerdir.
Jung ve ark. (2008) göre, hidroksil radikallerinin etkisi ozon/UV gibi birleşik sistemlerin kullanılması halinde gözlenebilir. UV/ozon prosesinde, sporlar önce UV ile inaktive olacaklar, ardından ozon, hücre bileşenleri ile reaksiyona girecektir. Ozon/UV prosesinde ise, ozon, kılıf, hücre duvarı gibi hücre bileşenleri ile reaksiyona girecek ve ardından uygulanan UV ışını DNA’da daha fazla hasara neden olacaktır.